(57)【要約】      （修正有）【課題】高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具を提供する。【解決手段】炭化タングステン基超硬合金基体または炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、（ａ）表面潤滑層として、０．２〜３μｍの平均層厚を有するスパッタリング形成の非晶質炭素層、（ｂ）耐摩耗硬質層として、１〜１５μｍの平均層厚を有するＴｉとＡｌの複合窒化物層を物理蒸着してなる表面被覆切削工具にして、前記耐摩耗硬質層を、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記両点間でＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、さらに、前記Ａｌ最高及び最低含有点が、特定な組成式を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μmである、ＴｉとＡｌの複合窒化物層で構成する。【選択図】        図１
2005007559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン系サーメットからなるサーメット基体の表面に、
（ａ）表面潤滑層として、０．２〜３μｍの平均層厚を有するスパッタリング形成の非晶質炭素層、
（ｂ）耐摩耗硬質層として、１〜１５μｍの平均層厚を有するＴｉとＡｌの複合窒化物層、
以上（ａ）および（ｂ）からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる表面被覆サーメット製切削工具にして、
上記耐摩耗硬質層を、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｘ  ＴｉＸ    ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３０を示す）、
上記Ｔｉ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−Ｙ  ＡｌＹ    ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．３５を示す）、をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである、ＴｉとＡｌの複合窒化物層で構成したこと、を特徴とする高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層がすぐれた高温硬さと耐熱性、さらにすぐれた高温強度を有し、したがって特にＴｉ基合金やＮｉ基合金、さらにＣｏ基合金およびＡｌ基合金などの非鉄合金材料などの被削材の切削加工を、特に高熱発生を伴なう高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合に、硬質被覆層がチッピング（微少欠け）などの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具（以下、被覆サーメット工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被覆サーメット工具には、各種の鉄鋼材料や非鉄合金材料などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
また、被覆サーメット工具として、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成されたサーメット基体の表面に、
（ａ）表面潤滑層として、０．２〜３μｍの平均層厚を有する炭素層、
（ｂ）耐摩耗硬質層として、１〜１５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ１−Ｚ ＡｌＺ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｚは０．４０〜０．６５を示す）を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層、以上（ａ）および（ｂ）からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる被覆サーメット工具が知られており、前記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層が、構成成分であるＴｉによる高温強度、同Ａｌによる高温硬さと耐熱性を具備することから、前記被覆サーメット工具を特にＴｉ基合金やＮｉ基合金、さらにＣｏ基合金およびＡｌ基合金などの非鉄合金材料などの被削材の連続切削や断続切削加工に用いた場合に、炭素層による表面潤滑効果と相俟って、すぐれた切削性能を発揮することも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、上記の被覆サーメット工具が、例えば図２に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に上記のサーメット基体を装入し、前記装置内にはカソード電極（蒸発源）として所定組成を有するＴｉ−Ａｌ合金および炭素がそれぞれセットされ、まず、ヒータで装置内を、例えば５００℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と前記Ｔｉ−Ａｌ合金のカソード電極との間に、例えば９５Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば４Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記サーメット基体には、例えば−１５０Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記サーメット基体の表面に、硬質被覆層として上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる耐摩耗硬質層を蒸着し、ついでアノード電極と前記炭素のカソード電極との間に、例えば９５Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、同時に装置内の反応雰囲気を窒素ガスからＡｒ（アルゴン）ガスに切り替えて、１Ｐａの反応雰囲気とし、かつ前記サーメット基体に印加する電圧を５０Ｖとする条件で前記耐摩耗硬質層の上に炭素層を表面潤滑層として形成することにより製造されることも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１１３６０４
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工効率向上の面から、切削加工は高速で、かつ高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なわれる傾向にあるが、上記の従来被覆サーメット工具においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、切削加工を高熱発生を伴ない、かつ高い機械的衝撃も加わる高速重切削条件で行なった場合には、特に硬質被覆層の高温硬さおよび耐熱性が不足し、さらに高温強度も不十分であるために、硬質被覆層の摩耗が一段と促進し、かつチッピングも発生し易くなることから、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆サーメット工具を開発すべく、上記の従来被覆サーメット工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、
（Ａ）上記の図２に示されるアークイオンプレーティング装置を用いて形成された従来被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎからなる耐摩耗硬質層は、層厚全体に亘って均質な高温強度、および高温硬さと耐熱性を有するが、例えば図１（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング装置（以下、ＡＩＰ装置と略記する）とスパッタリング装置（以下、ＳＰ装置と略記する）が共存の蒸着装置、すなわち装置中央部にサーメット基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側に上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層の形成にカソード電極（蒸発源）として用いられたＴｉ−Ａｌ合金に比してＡｌ含有量の高いＡｌ−Ｔｉ合金、他方側に同じく前記の従来Ｔｉ−Ａｌ合金に比してＴｉ含有量の高いＴｉ含有量の高いＴｉ−Ａｌ合金をいずれもカソード電極（蒸発源）として対向配置し、さらに炭素源として例えば炭素粉末成形体も配置した蒸着装置を用い、この装置の前記回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部に沿って複数のサーメット基体をリング状に装着し、まず、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される耐摩耗硬質層の層厚均一化を図る目的でサーメット基体自体も自転させながら、前記の回転テーブルの両側に対向配置したカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にそれぞれアーク放電を発生させて、前記サーメット基体の表面に（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を形成すると、この結果の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層においては、回転テーブル上にリング状に配置された前記サーメット基体が上記の一方側の相対的にＡｌ含有量の高いＡｌ−Ｔｉ合金のカソード電極（蒸発源）に最も接近した時点で層中にＡｌ最高含有点が形成され、また前記サーメット基体が上記の他方側の相対的にＴｉ含有量の高いＴｉ−Ａｌ合金のカソード電極に最も接近した時点で層中にＴｉ最高含有点が形成され、上記回転テーブルの回転によって層中には層厚方向にそって前記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点が所定間隔をもって交互に繰り返し現れると共に、前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造をもつようになること。
【０００８】
（Ｂ）上記（Ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層において、例えば対向配置のカソード電極（蒸発源）のそれぞれの組成を調製すると共に、サーメット基体が装着されている回転テーブルの回転速度を制御して、
上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（ＡＬｉ１−Ｘ  ＴｉＸ    ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３０を示す）、
上記Ｔｉ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−Ｙ  ＡｌＹ    ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．３５を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μｍとすると、
上記Ａｌ最高含有点部分では、上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層に比してＡｌ含有量が相対的に高くなることから、より一段とすぐれた高温硬さと耐熱性を示し、一方上記Ｔｉ最高含有点部分は、前記Ａｌ最高含有点部分では、前記従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層に比してＴｉ含有量が相対的に高くなることから、一段と高い高温強度を具備するようになり、かつこれらＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性としてすぐれた高温硬さと耐熱性に加えて、一段とすぐれた高温強度を具備するようになること。
【０００９】
（Ｃ）さらに、上記（Ａ）および（Ｂ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を１〜１５μｍの平均層厚で耐摩耗硬質層として蒸着形成し、ついで、同じく図１の蒸着装置におけるＳＰ装置を用い、Ａｒガスの反応雰囲気中で、上記の炭素粉末成形体のスパッタリングを行い、前記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層に重ねて表面潤滑層として０．２〜３μｍの平均層厚で非晶質炭素（以下、非晶質Ｃで示す）層を蒸着形成すると、この結果の硬質被覆層は、これの耐摩耗硬質層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層が、上記の繰り返し連続変化成分濃度分布構造によって上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層に比して一段とすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに高温強度を有するようになり、したがって硬質被覆層がかかる（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と非晶質Ｃ層からなる被覆サーメット工具は、非晶質Ｃ層による表面潤滑性向上効果と相俟って、特にＴｉ基合金やＮｉ基合金、さらにＣｏ基合金およびＡｌ基合金などの非鉄合金材料などの被削材の高い熱発生および機械的衝撃を伴う高速重切削加工に用いた場合にも、硬質被覆層にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するようになること。
以上（Ａ）〜（Ｃ）に示される研究結果を得たのである。
【００１０】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、サーメット基体の表面に、
（ａ）表面潤滑層として、０．２〜３μｍの平均層厚を有するスパッタリング形成の非晶質Ｃ層、
（ｂ）耐摩耗硬質層として、１〜１５μｍの平均層厚を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層、
以上（ａ）および（ｂ）からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる被覆サーメット工具にして、
上記耐摩耗硬質層を、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｘ  ＴｉＸ    ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３０を示す）、
上記Ｔｉ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−Ｙ  ＡｌＹ    ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．３５を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層、
で構成してなる、高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆サーメット工具に特徴を有するものである。
【００１１】
つぎに、この発明の被覆サーメット工具において、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）耐摩耗硬質層におけるＡｌ最高含有点の組成
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層におけるＡｌ成分には、高温硬さと耐熱性、さらにＴｉ成分には高温強度をそれぞれ向上させる作用があるので、上記Ａｌ最高含有点では相対的にＡｌ含有量を高くして、すぐれた高温硬さと耐熱性を確保し、高熱発生を伴なう高速切削条件ですぐれた耐摩耗性を発揮するようにしたものであるが、Ｔｉの割合を示すＸ値がＡｌとの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．０５未満になると、相対的にＡｌの割合が多くなり過ぎて、相対的に高い高温強度を有するＴｉ最高含有点が隣接して存在しても層自体の高温強度の低下は避けられず、この結果チッピングなどが発生し易くなり、一方Ｔｉの割合を示すＸ値が同０．３０を越えると、相対的にＡｌの割合が少なくなり過ぎて、高温硬さと耐熱性が低下し、摩耗が促進するようになることから、Ｘ値を０．０５〜０．３０と定めた。
【００１２】
（ｂ）耐摩耗硬質層におけるＴｉ最高含有点の組成
上記の通りＡｌ最高含有点は、上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層に比して、相対的にＡｌ含有割合が高く、一方Ｔｉ含有量が低く、これによって相対的に高い高温硬さと耐熱性を有するようになるが、反面高温強度の劣るものであるため、このＡｌ最高含有点の高温強度不足を補う目的で、相対的にＴｉ含有割合が高く、一方Ａｌ含有量が低く、これによって相対的に高い高温強度を有するようになるＴｉ最高含有点を厚さ方向に交互に介在させるものであり、しかしＡｌの割合を示すＹ値がＴｉ成分との合量に占める割合で０．０５未満になると、所望の高温硬さと耐熱性を確保することができず、これが摩耗促進の原因となり、一方同Ｙ値が０．３５を越えると、Ｔｉに対するＡｌの割合が多くなり過ぎて、Ｔｉ最高含有点に所望のすぐれた高温強度を確保することができなくなり、この結果高速重切削条件ではチッピングが発生し易くなることから、Ｔｉ最高含有点でのＡｌの割合を示すＹ値を０．０５〜０．３５と定めた。
【００１３】
（ｃ）耐摩耗硬質層におけるＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点間の間隔
その間隔が０．０１μｍ未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果耐摩耗硬質層にすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに高温強度を確保することができなくなり、またその間隔が０．１μｍを越えるとそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＡｌ最高含有点であれば高温強度不足、Ｔｉ最高含有点であれば高温硬さおよび耐熱性不足が層内に局部的に現れ、これが原因で切刃にチッピングが発生し易くなったり、摩耗が促進するようになることから、その間隔を０．０１〜０．１μｍと定めた。
【００１４】
（ｄ）耐摩耗硬質層の平均層厚
その平均層厚が１μｍ未満では、耐摩耗硬質層のもつすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方その平均層厚が１５μｍを越えると切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。
【００１５】
（ｅ）表面潤滑層の平均層厚
硬質被覆層は、上記の通り耐摩耗硬質層のもつすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに高温強度に加えて、表面潤滑層である非晶質Ｃ層のもつすぐれた潤滑性によって、高い熱発生および機械的衝撃を伴なう高速重切削加工で、チッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するようになるものであるが、その平均層厚が０．２μｍ未満では、所望の潤滑性向上効果を長期に亘って確保することができず、一方その平均層厚が３μｍを越えると切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．２〜３μｍと定めた。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆サーメット工具を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３  Ｃ２  粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ  の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製のサーメット基体Ａ−１〜Ａ−１０を形成した。
【００１７】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２  Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ系サーメット製のサーメット基体Ｂ−１〜Ｂ−６を形成した。
また、表面潤滑層である非晶質Ｃ層形成用カソード電極（蒸発源）として、９９．９８質量％の高純度を有する平均粒径：１μｍの高純度炭素粉末を１００ＭＰａの圧力でプレス成形してなる炭素粉末成形体を用意した。
【００１８】
ついで、上記のサーメット基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示される蒸着装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着し、硬質被覆層の耐摩耗硬質層形成に、一方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＡｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金、他方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ合金を前記回転テーブルを挟んで対向配置し、さらに同じくカソード電極として上記の表面潤滑層形成用炭素粉末成形体およびボンバード洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転するサーメット基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もってサーメット基体表面をＴｉボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転するサーメット基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつそれぞれのカソード電極（前記Ａｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金およびＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ合金）とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記サーメット基体の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表３，４に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表３，４に示される目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を硬質被覆層の耐摩耗硬質層として蒸着形成し、ついで上記のＡｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金およびＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ合金のカソード電極とアノード電極との間のアーク放電を停止し、装置内に導入する反応ガスをＡｒガスに切り替えて、装置内を１Ｐａの反応雰囲気とすると共に、カソード電極である前記炭素粉末成形体とアノード電極との間で、スパッタ出力：４ｋＷ、周波数：４０ｋＨｚの条件でスパッタリングを行ない、同じく表３，４に示される目標層厚の非晶質Ｃ層を硬質被覆層の表面潤滑層として蒸着形成しすることにより、本発明被覆サーメット工具としての本発明表面被覆サーメット製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１９】
また、比較の目的で、これらサーメット基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ同じく図１に示される蒸着装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金（一方側のみ）および上記の炭素粉末成形体を装着し、またボンバード洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記サーメット基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もってサーメット基体表面をＴｉボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記サーメット基体に印加するバイアス電圧を−１００Ｖに下げて、前記Ｔｉ−Ａｌ合金のカソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記サーメット基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれの表面に、表５に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を硬質被覆層の耐摩耗硬質層として蒸着形成し、ついで前記Ｔｉ−Ａｌ合金のカソード電極とアノード電極との間のアーク放電を停止し、装置内に導入する反応ガスをＡｒガスに切り替えて、同じく装置内を１Ｐａの反応雰囲気とすると共に、カソード電極である前記炭素粉末成形体とアノード電極との間で、同じくスパッタ出力：４ｋＷ、周波数：４０ｋＨｚの条件でスパッタリングを行ない、前記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層に重ねて、同じく表５に示される目標層厚の非晶質Ｃ層を硬質被覆層の表面潤滑層として蒸着形成することにより、比較被覆サーメット工具としての比較表面被覆サーメット製スローアウエイチップ（以下、比較被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００２０】
つぎに、上記の各種の被覆チップを、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明被覆チップ１〜１６および比較被覆チップ１〜１６について、
被削材：質量％（以下同じ）で、Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖの組成を有するＴｉ合金丸棒、
切削速度：１４０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件でのＴｉ合金の乾式連続高速高切り込み切削加工試験（通常の切削速度は７０ｍ／ｍｉｎ．、通常の切り込み量は１．０ｍｍ）、
被削材：Ａｌ−１７％Ｓｉ−５％Ｃｕ−１％Ｆｅ−０．５％Ｍｇ−０．２％Ｔｉの組成を有する長さ方向等間隔４本縦溝入りＡｌ合金丸棒、
切削速度：２４０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３．０ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件でのＡｌ合金の乾式断続高速高切り込み切削加工試験（通常の切削速度は１５０ｍ／ｍｉｎ．、通常の切り込み量は１．５ｍｍ）、
被削材：Ｎｉ−１８％Ｍｏ−８％Ａｌ−０．０４％Ｃの組成を有するＮｉ合金丸棒、
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．０ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件でのＮｉ合金の乾式連続高速高送り切削加工試験（通常の切削速度は５０ｍ／ｍｉｎ．、通常の送り量は０．１ｍｍ／ｒｅｖ．）を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表６に示した。
【００２１】
【表１】
2005007559.tif 000003
【００２２】
【表２】
2005007559.tif 000004
【００２３】
【表３】
2005007559.tif 000005
【００２４】
【表４】
2005007559.tif 000006
【００２５】
【表５】
2005007559.tif 000007
【００２６】
【表６】
2005007559.tif 000008
【００２７】
（実施例２）
原料粉末として、平均粒径：５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ［質量比で、ＴｉＣ／ＷＣ＝５０／５０］粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表７に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が８ｍｍ、１３ｍｍ、および２６ｍｍの３種のサーメット基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表７に示される組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法、並びにいずれもねじれ角３０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製のサーメット基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。
【００２８】
ついで、これらのサーメット基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示される蒸着装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、層厚方向に沿って表８に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表８に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、同じく表８に示される目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる耐摩耗硬質層と、同じく表８に示される目標層厚の非晶質Ｃ層からなる表面潤滑層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆サーメット工具としての本発明表面被覆サーメット製エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００２９】
また、比較の目的で、上記のサーメット基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示される蒸着装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、表９に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる耐摩耗硬質層と、同じく表９に示される目標層厚の非晶質Ｃ層からなる表面潤滑層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆サーメット工具としての比較表面被覆サーメット製エンドミル（以下、比較被覆エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３０】
つぎに、上記本発明被覆エンドミル１〜８および比較被覆エンドミル１〜８のうち、本発明被覆エンドミル１〜３および比較被覆エンドミル１〜３については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法、およびＮｉ−１８．５％Ｗ−６．２％Ａｌ−１．５％Ｚｒ−０．１５％Ｃの組成をもったＮｉ合金板材、
切削速度：１４０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：６ｍｍ、
テーブル送り：１６００ｍｍ／分、
の条件でのＮｉ合金の乾式高速高切り込み溝切削加工試験（通常の切削速度は１００ｍ／ｍｉｎ．、通常の溝深さは３ｍｍ）、本発明被覆エンドミル４〜６および比較被覆エンドミル４〜６については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法、およびＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖの組成をもったＴｉ合金板材、
切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、
テーブル送り：３３００ｍｍ／分、
の条件でのＴｉ合金の乾式高速高送り溝切削加工試験（通常の切削速度は１００ｍ／ｍｉｎ．、通常のテーブル送りは１６００ｍｍ／分）、本発明被覆エンドミル７，８および比較被覆エンドミル７，８については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法、およびＮｉ−２２％Ｃｒ−１３％Ｍｏ−４％Ｆｅ−３％Ｗの組成をもったＮｉ合金板材、
切削速度：１４０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：２０ｍｍ、
テーブル送り：５６０ｍｍ／分、
の条件でのＮｉ合金の乾式高速高切り込み溝切削加工試験（通常の切削速度は１００ｍ／ｍｉｎ．、通常の溝深さは１０ｍｍ）をそれぞれ行い、いずれの溝切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表８、９にそれぞれ示した。
【００３１】
【表７】
2005007559.tif 000009
【００３２】
【表８】
2005007559.tif 000010
【００３３】
【表９】
2005007559.tif 000011
【００３４】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（サーメット基体Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍｍ（サーメット基体Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ（サーメット基体Ｃ−７、Ｃ−８形成用）の３種の丸棒焼結体を用い、この３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ４ｍｍ×１３ｍｍ（サーメット基体Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（サーメット基体Ｄ−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（サーメット基体Ｄ−７、Ｄ−８）の寸法、並びにいずれもねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製のサーメット基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。
【００３５】
ついで、これらのサーメット基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示される蒸着装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、層厚方向に沿って表１０に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表１０に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表１０に示される目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる耐摩耗硬質層と、同じく表１０に示される目標層厚の非晶質Ｃ層からなる表面潤滑層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆サーメット工具としての本発明表面被覆サーメット製ドリル（以下、本発明被覆ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３６】
また、比較の目的で、上記のサーメット基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示される蒸着装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、表１１に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる耐摩耗硬質層と、同じく表１１に示される目標層厚の非晶質Ｃ層からなる表面潤滑層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆サーメット工具としての比較表面被覆サーメット製ドリル（以下、比較被覆ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３７】
つぎに、上記本発明被覆ドリル１〜８および比較被覆ドリル１〜８のうち、本発明被覆ドリル１〜３および比較被覆ドリル１〜３については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０、厚さ：５０ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・ＡＤＣ１２のＡｌ合金板材、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：２０ｍｍ、
の条件でのＡｌ合金の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験（通常の切削速度は１００ｍ／ｍｉｎ．、通常の送りは０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、本発明被覆ドリル４〜６および比較被覆ドリル４〜６については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法、およびＣｏ−３０％Ｃｒ−１４％Ｗの組成をもったＣｏ合金板材、
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：３０ｍｍ、
の条件でのＣｏ合金の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験（通常の切削速度は５０ｍ／ｍｉｎ．、通常の送りは０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．）、本発明被覆ドリル７，８および比較被覆ドリル７，８については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法をもった純Ｔｉ板材、
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：４０ｍｍ、
の条件での純Ｔｉの湿式高速高送り穴あけ切削加工試験（通常の切削速度は５０ｍ／ｍｉｎ．、通常の送りは０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、をそれぞれ行い、いずれの湿式穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表１０、１１にそれぞれ示した。
【００３８】
【表１０】
2005007559.tif 000012
【００３９】
【表１１】
2005007559.tif 000013
【００４０】
この結果得られた本発明被覆サーメット工具としての本発明被覆チップ１〜１６、本発明被覆エンドミル１〜８、および本発明被覆ドリル１〜８の硬質被覆層を構成する耐摩耗硬質層におけるＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の組成、並びに比較被覆サーメット工具としての比較被覆チップ１〜１６、比較被覆エンドミル１〜８、および比較被覆ドリル１〜８の硬質被覆層の耐摩耗硬質層について、厚さ方向に沿ってＴｉおよびＡｌの含有量をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、前記本発明被覆サーメット工具の耐摩耗硬質層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層では、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とがそれぞれ目標値と実質的に同じ組成および間隔で交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することが確認され、一方前記比較被覆サーメット工具の耐摩耗硬質層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層では厚さ方向に沿って組成変化が見られなかったが、目標組成と実質的に同じ組成を示した。
また、上記の硬質被覆層の表面潤滑層および耐摩耗硬質層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ値を示した。
【００４１】
【発明の効果】
表３〜１１に示される結果から、硬質被覆層の耐摩耗硬質層が、層厚方向にＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる本発明被覆サーメット工具は、いずれもＴｉ基合金やＮｉ基合金、さらにＣｏ基合金およびＡｌ基合金などの非鉄合金材料などの被削材の切削加工を、高い熱発生を伴なう高速で、かつ高い機械的衝撃も加わる高切り込みや高送りの重切削条件で行っても、前記硬質被覆層の耐摩耗硬質層がすぐれた高温硬さと耐熱性、さらにすぐれた高温強度を具備することから、硬質被覆層にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層の耐摩耗硬質層が層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる比較被覆サーメット工具においては、前記非鉄合金材料からなる被削材の高速重切削加工では、前記耐摩耗硬質層の高温硬さおよび耐熱性不足に加えて、高温強度も不十分であることから、切削開始後比較的短時間で切刃部にチッピングが発生し、使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆サーメット工具は、特にＴｉ基合金やＮｉ基合金、さらにＣｏ基合金およびＡｌ基合金などの非鉄合金材料などの被削材などの通常の切削条件では勿論のこと、切削加工を高速重切削条件で行なった場合にも、チッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮し、すぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置の高性能化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆サーメット工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた蒸着装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図２】通常のアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。
【図１】
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【図２】
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